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基本信息

項(xiàng)目名稱：
油氣井生產(chǎn)出砂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
通過(guò)分析油氣管道中砂粒碰撞管壁產(chǎn)生的信號(hào)特征，研制了一套利用超聲波傳感器監(jiān)測(cè)出砂信號(hào)的油氣井出砂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)油氣井出砂率/量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為油氣田制定合理的開(kāi)采方案提供技術(shù)支持。
詳細(xì)介紹：
油氣井出砂為油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題，大量出砂或持續(xù)出砂，將會(huì)產(chǎn)生油管砂堵、設(shè)備損壞等危害，嚴(yán)重出砂還可能影響油氣井正常的生產(chǎn)，給安全生產(chǎn)帶來(lái)重大隱患，進(jìn)而縮短油氣井的壽命。因此開(kāi)展油氣井出砂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，對(duì)油氣田的開(kāi)采急需的技術(shù)。 該產(chǎn)品采用過(guò)濾波電路和信號(hào)處理技術(shù)把出砂信號(hào)從噪聲中提取出來(lái)；然后通過(guò)建立的出砂信號(hào)與出砂量之間的關(guān)系模型，實(shí)時(shí)計(jì)算出管道中的含砂量；設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)軟件可實(shí)現(xiàn)油氣井實(shí)時(shí)出砂狀況，同時(shí)還可回放歷史數(shù)據(jù)，觀測(cè)某段時(shí)間的出砂情況，預(yù)測(cè)出砂趨勢(shì)。

作品圖片

  • 油氣井生產(chǎn)出砂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)油氣井出砂問(wèn)題，長(zhǎng)期出砂或者嚴(yán)重出砂會(huì)損壞設(shè)備，也可能會(huì)影響油氣井產(chǎn)量，縮短油氣井的壽命?；诖?，開(kāi)展油氣井生產(chǎn)出砂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其目的是:實(shí)現(xiàn)油氣井出砂狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而為防砂提供準(zhǔn)確、可靠的信息，最終達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。 油氣井生產(chǎn)出砂在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擬采用聲波監(jiān)測(cè)法，外置式的超聲波傳感器固定于管道彎管的外壁處，檢測(cè)砂粒碰撞管壁的聲波信號(hào)，并通過(guò)濾波電路和信號(hào)處理技術(shù)把出砂信號(hào)從噪聲中提取出來(lái)；然后通過(guò)建立的出砂信號(hào)與出砂量之間的關(guān)系模型，實(shí)時(shí)計(jì)算出管道中的含砂量；設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)軟件可實(shí)現(xiàn)油氣井實(shí)時(shí)出砂狀況，同時(shí)還可回放歷史數(shù)據(jù)，觀測(cè)某段時(shí)間的出砂情況，預(yù)測(cè)出砂趨勢(shì)。 創(chuàng)新點(diǎn)：研制了油氣井出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)及其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件；基于油氣管道中砂粒的動(dòng)能推導(dǎo)出了出砂信號(hào)與出砂量之間的關(guān)系模型。 關(guān)鍵技術(shù)：（1）出砂信號(hào)與出砂量之間的關(guān)系模型；（2）出砂信號(hào)的去噪方法的研究。 技術(shù)指標(biāo)：（1）適應(yīng)的環(huán)境溫度：-25℃~85℃。 （2）可監(jiān)測(cè)的最小砂粒尺寸100 m。 （3）適應(yīng)的最小流速5m/s。

科學(xué)性、先進(jìn)性

該問(wèn)題的提出從油氣資源開(kāi)采實(shí)際出發(fā)，為油田解決急需的關(guān)鍵技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣闊前景。通過(guò)查閱大量資料獲知，目前國(guó)外研究了多種管道含砂量的檢測(cè)方法，包括聲波檢測(cè)法、ER檢測(cè)法、X射線檢測(cè)法、光纖聲波檢測(cè)法、聲納檢測(cè)法，其中較成功且已有現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的出砂監(jiān)測(cè)技術(shù)以聲波檢測(cè)法為主。其中挪威Clampon公司研發(fā)的出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)DSP-06最為成功。但是該技術(shù)只對(duì)油田服務(wù)，技術(shù)是保密的，且成本昂貴。因此通過(guò)對(duì)比，課題組提出了聲波檢測(cè)法的實(shí)施方案，以保證該作品既由科學(xué)性也具有一定的先進(jìn)性。 由于可借鑒的國(guó)內(nèi)外技術(shù)很少，特別是在出砂信號(hào)采集和處理方法方面未見(jiàn)報(bào)道，因此該作品的實(shí)質(zhì)性技術(shù)主要從以下幾個(gè)方面開(kāi)展：對(duì)砂粒碰撞管壁的產(chǎn)生的信號(hào)特征進(jìn)行分析；采用超聲波傳感器拾取超聲信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；利用小波去噪技術(shù)對(duì)信號(hào)去噪處理；從砂粒動(dòng)能理論出發(fā)推導(dǎo)出砂信號(hào)與出砂量之間的關(guān)系模型。這些技術(shù)都為油氣井生產(chǎn)出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

與指導(dǎo)老師聯(lián)系，洽談技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

作品可展示的形式

圖紙、圖片和錄像

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

該作品采用了超聲波傳感器檢測(cè)管道內(nèi)砂粒碰撞管壁產(chǎn)生的超聲信號(hào)，通過(guò)建立的出砂信號(hào)與出砂量之間的關(guān)系模型，計(jì)算出管道內(nèi)的含砂量，從而實(shí)現(xiàn)油氣井出砂的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該技術(shù)為油氣田開(kāi)采急需的關(guān)鍵技術(shù)，可為防砂作業(yè)提供有效數(shù)據(jù)、減少設(shè)備損壞率、提高油氣井產(chǎn)量、延長(zhǎng)油氣井壽命等方面有著重要意義，也將為油氣田帶來(lái)明顯經(jīng)濟(jì)效益。 該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)到報(bào)道，在技術(shù)攻關(guān)后開(kāi)發(fā)出的創(chuàng)新性產(chǎn)品，不僅可應(yīng)用于常規(guī)的油氣井，對(duì)出砂嚴(yán)重的稠油井經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后也適用；另外還可用來(lái)檢測(cè)自來(lái)水管中的含砂率，提高人們的用水質(zhì)量。此研制成功后產(chǎn)品成本較低，該產(chǎn)品在油氣田開(kāi)發(fā)中有著廣闊的市場(chǎng)前景

同類課題研究水平概述

國(guó)外研究了多種管道含砂量的檢測(cè)方法，包括聲波檢測(cè)法、ER檢測(cè)法、X射線檢測(cè)法、光纖聲波檢測(cè)法、聲納檢測(cè)法，其中較成功且大多數(shù)油田使用的出砂監(jiān)測(cè)技術(shù)主要以聲波檢測(cè)法為主。 出砂聲波檢測(cè)法的按照傳感器安裝方式不同分為內(nèi)置式和外置式兩種類型。內(nèi)置式的傳感器采用不銹鋼材料制成的探頭和壓電轉(zhuǎn)換器組成，探頭插入管道的流體中，流體（中攜帶的固體顆粒撞擊振動(dòng)傳感器的探頭，壓電轉(zhuǎn)換器把其轉(zhuǎn)換高頻的電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)濾波、放大、檢波等信號(hào)預(yù)處理過(guò)程，再利用相關(guān)的信號(hào)處理分析技術(shù)，得到諸如出砂量、出砂率、產(chǎn)砂速度等出砂信息，從而判斷油井出砂狀況。外置式的出砂監(jiān)測(cè)傳感器安裝在輸油管線的外面，其安裝要求是在管道彎管兩倍管徑處，這是因?yàn)樯傲Ｔ诠艿赖牧鲃?dòng)過(guò)程中，遇到彎管時(shí)砂粒碰撞管壁產(chǎn)生超聲波信號(hào)并沿管壁傳播，外置的傳感器檢測(cè)該信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大等預(yù)處理后，再對(duì)數(shù)據(jù)采集和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，得出出砂率、出砂量等信息。聲波測(cè)量方法具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍寬、測(cè)量指標(biāo)高，具有較好的應(yīng)用前景。但在早期其只適用于單相流的出砂檢測(cè)，在多相流中的效果不是很理想。 隨著油井出砂監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外的一些石油服務(wù)公司或石油技術(shù)公司已經(jīng)研制出了多相流體的出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（如殼牌公司），并在現(xiàn)場(chǎng)油井生產(chǎn)條件下的測(cè)試取得成功。挪威Clampon公司研發(fā)的出砂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)DSP-06，它是基于克萊彭“超聲波智能傳感器”技術(shù)。該傳感器安裝于管道彎頭之后的2倍管徑的地方，管道流體中砂粒在彎頭處沖擊管壁的內(nèi)部，產(chǎn)生超聲波脈沖，超聲波信號(hào)沿管壁傳輸，該信號(hào)被“超聲波傳感器”拾取，并被內(nèi)部集成的DSP引擎處理。DSP-06中的先進(jìn)處理技術(shù)和濾波技術(shù)，對(duì)與出砂信號(hào)無(wú)關(guān)的噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，使得噪聲和無(wú)用信號(hào)顯著減小，提高了精度和可重復(fù)性，為產(chǎn)生量化出砂數(shù)據(jù)提供了條件。 就國(guó)內(nèi)情況看，油井出砂監(jiān)測(cè)方面的研究依然較少，目前主要在初步的理論和實(shí)驗(yàn)室研究階段，多從油井出砂機(jī)理和油井出砂預(yù)測(cè)方面研究的較多，即使有的油田利用了出砂監(jiān)測(cè)技術(shù)，也都是國(guó)外的技術(shù)，如Clampon公司在中海油進(jìn)行了出砂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并給出了監(jiān)測(cè)報(bào)告；國(guó)內(nèi)研究油井出砂監(jiān)測(cè)比較深入的是中國(guó)石油大學(xué)的李相方等開(kāi)展了油井出砂監(jiān)測(cè)的信號(hào)處理和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的模擬試驗(yàn)研究，但未見(jiàn)在油田應(yīng)用的報(bào)道。
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